(57)【要約】  パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置で検出された放射能のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するに際して、放射線の計数率に基づきオンライン画像化計算に使用するカウント・データ数を選択することにより、放射線を計測してから画像化するまでの処理をほぼ実時間レベルにまで高速化する。
2011121737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するに際して、
放射線の計数率に基づきオンライン画像化計算に使用するカウント・データ数を選択することを特徴とする核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項２】
放射線の計数率が低く、全てのデータを使ってのリアルタイム処理が可能な場合は、全てのデータを使ってオンライン画像化計算を行ない、
放射線の計数率が高く、全てのデータを使ってのリアルタイム処理が不可能な場合は、リアルタイム処理可能な量のデータのみを使ってオンライン画像化計算を行うことを特徴とする請求項１に記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項３】
前記核医学イメージング装置が断層撮影装置であり、前記画像化計算が画像再構成計算であることを特徴とする請求項１又は２に記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項４】
画像化計算から画像表示までの処理間において、時間フレーム毎に、計測されたデータ量Ｃｍと、そのうちリアルタイム（オンライン）処理に使われたデータの量Ｃｅに応じて、画像となる各画素にＣｍ／Ｃｅの値を掛け算して画像化することを特徴とする請求項１乃至３に記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項５】
リストモードデータのうち、オンライン処理に使わなかったデータをオフメモリに保存することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項６】
前記オフメモリに保存したデータを用いて、オフラインで画像化計算を行うことを特徴とする請求項５に記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項７】
リストモードデータをオフメモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて、オフラインで画像化計算を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項８】
リストモードデータのうち少なくともオンライン処理に使わなかったデータをオフメモリに保存し、一方リアルタイム画像を画像メモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて、画像メモリに保存したリアルタイム画像を修正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項９】
リストモードデータのうち少なくともオンライン処理に使わなかったデータをオフメモリに保存し、一方リアルタイム画像を画像メモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて画像化計算された画像を、画像メモリに保存したリアルタイム画像に加算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化方法。
【請求項１０】
パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化する核医学イメージング装置の画像化システムにおいて、
放射線の計数率に基づきオンライン画像化計算に使用するカウント・データ数を選択する手段を備えたことを特徴とする核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１１】
放射線の計数率が低く、全てのデータを使ってのリアルタイム処理が可能な場合は、全てのデータを使ってオンライン画像化計算を行ない、
放射線の計数率が高く、全てのデータを使ってのリアルタイム処理が不可能な場合は、リアルタイム処理可能な量のデータのみを使ってオンライン画像化計算を行うことを特徴とする請求項１０に記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１２】
前記核医学イメージング装置が断層撮影装置であり、前記画像化計算が画像再構成計算であることを特徴とする請求項１０又は１１のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１３】
画像化計算から画像表示までの処理間において、時間フレーム毎に、計測されたデータ量Ｃｍと、そのうちリアルタイム処理に使われたデータの量Ｃｅに応じて、画像となる各画素にＣｍ／Ｃｅの値を掛け算して画像化するようにされていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１４】
リストモードデータのうち、オンライン処理に使わなかったデータを保存するオフメモリを備えたことを特徴とする請求項１０及至１３のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１５】
前記オフメモリに保存したデータを用いて、オフラインで画像化計算を行うようにされていることを特徴とする請求項１４に記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１６】
リストモードデータを保存するオフメモリを備え、該オフメモリに保存したデータを用いて、オフラインで画像化計算を行うことを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１７】
リストモードデータのうち少なくともオンライン処理に使わなかったデータを保存するオフメモリと、リアルタイム画像を保存する画像メモリを備え、オフメモリに保存したデータを用いて、画像メモリに保存したリアルタイム画像を修正することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１８】
リストモードデータのうち少なくともオンライン処理に使わなかったデータを保存するオフメモリと、リアルタイム画像を保存する画像メモリを備え、オフメモリに保存したデータを用いて画像化計算された画像を、画像メモリに保存したリアルタイム画像に加算することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれかに記載の核医学イメージング装置の画像化システム。
【請求項１９】
パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置と、
該核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するための、請求項１０乃至１８のいずれかに記載の画像化システムと、
を備えたことを特徴とする核医学イメージングシステム。
【請求項２０】
パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置と、
該核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するための、請求項１０乃至１８のいずれかに記載の画像化システムと、
該画像化システムで得られた画像に基づいて、治療装置をリアルタイムで制御する装置と、
を備えたことを特徴とする放射線治療制御システム。
【請求項２１】
前記画像が、標的に集積する放射性薬剤の体内分布画像であり、前記制御が、該画像に基づいて、体内で動く標的をトラッキングし、標的の動きに同期した、もしくは標的の動きに追従した照射制御であることを特徴とする請求項２０に記載の放射線治療制御システム。
【請求項２２】
前記画像が、体内線量分布に相関する画像であり、前記制御が、線量を抑えたテスト的な照射を行い、該画像から計画通りの照射であるかどうかを検証し、計画通りの照射でないと判断された場合は、治療中止するか、治療計画を即時修正する照射制御であることを特徴とする請求項２０に記載の放射線治療制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置の画像化方法、システム、核医学イメージングシステム及び放射線治療制御システムに係り、特にガンマカメラ、ポジトロンカメラ、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）装置、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）装置等に用いるのに好適な、放射線を計測してから画像化するまでの処理をほぼ実時間レベルにまで高速化して、画像のリアルタイム表示もしくはリアルタイム解析が可能な、核医学イメージング装置の画像化方法、システム、核医学イメージングシステム及び放射線治療制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
癌の早期診断に有効と注目されている陽電子放射断層撮像法（ＰＥＴ）は、極微量の陽電子放出核種で標識した化合物を投与し、体内から放出される消滅放射線を検出することで、糖代謝等、代謝機能を画像化し、がん診断をはじめ、病気の有無や程度を調べる検査法であり、これを実施するためのＰＥＴ装置が実用化されている。【０００３】
ＰＥＴの原理は次のとおりである。陽電子崩壊によって陽電子放出核種から放出された陽電子が周囲の電子と対消滅し、それによって生じる一対の５１１ｋｅＶの消滅放射線を、対の放射線検出器で同時計数の原理によって測定する。これにより、核種の存在位置を、対の検出器同士を結ぶ１本の線分（同時計数線）上に特定することができる。患者体内の核種分布は、患者を囲むように配置された検出器によって様々な方向から同時計数線のデータを測定し、画像再構成演算によって得られるＰＥＴ画像を見て知ることが出来る。分解能など装置性能を高める研究開発に加えて、酸素状態に代表されるがんの性状を診断するための新しいＰＥＴ薬剤（プローブ）の研究開発も盛んである。【０００４】
ＰＥＴをはじめ、核医学イメージング装置では、１発ごとに放射線を計測（カウントとも称する）するパルスモードで放射線計測を行う。【０００５】
一方、ＰＥＴ診断等で発見された癌に対する治療の役割も重要である。外科手術や薬物治療とは異なる方法として、Ｘ線やガンマ線などの放射線を患部に照射する放射線治療がある。特に、重粒子線や陽子線を癌の部位に絞って照射する粒子線治療は、優れた治療効果と鋭い患部集中照射特性を併せ持つ方法として、大きな注目を集めている。粒子線の照射方法としては、患部に形状を合わせるようにして照射するビームを広げる従来のボーラス照射に加えて、ペンシルビームを患部形状などに合わせて走査させるスポットスキャニング照射が研究されている（非特許文献１）。いずれも、別途撮影したＸ線ＣＴ画像などに基づいて綿密に計算された治療計画に従って、照射ビームの方向や線量を精密に制御して行う。しかし、治療計画作成から治療までの数週間の間に腫瘍の形状が変化したりするリスクは否定できず、また、数週間後の予後診断以外に、計画通りの照射が行われたかを確認する方法はないのが現状である。【０００６】
そこで出願人らは、治療装置とＰＥＴ装置を融合し、さらにＰＥＴ画像を元にして即刻治療計画自体の修正できるようにすることで、（１）がんを直接見ながら、（２）線量分布を見ながら、（３）さらには治療効果までをも見ながら照射する、患者そして腫瘍ごとに最適化した確実な放射線がん治療の実現を目指している。具体的には、治療ビームを通す隙間を有し、且つ３次元のＰＥＴ画像化が可能な方法として、出願人は、図１に示すように、患者８の体軸方向（図中、ｚ軸方向）に２分割したマルチリング型検出器２２、２４を離して配置し、物理的に開放された視野領域（開放視野とも称する）を有する開放型ＰＥＴ装置を提案している（特許文献１、非特許文献２）。開放視野は、分割された双方の検出器リング２２、２４間の同時計数線から、画像が再構成される。図において、１０はベッド、１２はベッドの架台、２６はガントリカバー、３０は照射装置、３２は治療ビームである。【０００７】
これまでに、２次元の画像化に特化した対向ガンマカメラ型ＰＥＴ装置を放射線治療に組み合わせた先行例がある。（１）がんを直接見ながらの照射については、患者位置合わせにおいて、従来のＸ線透視画像ではなく、ＰＥＴ画像を使って直接腫瘍を可視化する方法が検討されている（非特許文献３）。また、（２）線量分布を見ることに関しては、ＰＥＴ薬剤を投与するのではなく、粒子線ビーム照射やＸ線照射において、入射核破砕反応、標的核破砕反応（オートアクティベーションともいう）や光核反応を通して生じる消滅放射線をＰＥＴの原理を用いて画像化する方法が検討されている（非特許文献４、５）。消滅放射線の発生位置が、照射ビームの線量分布と強い相関性を持つため、治療モニターが可能であるとされる。【０００８】
しかし、放射線の計測から画像化までの処理について考えると、再構成画像が計算されるまでに数分の時間を要してしまうため、従来のいずれの方法においても、ＰＥＴ画像から得られる情報を元にして、治療と同期させて治療計画を修正し照射ビームの制御を行うことは不可能であった。すなわち、ＰＥＴ画像からフィードバックするビーム制御を実現するためには、ほぼリアルタイムに近いレベルで高速に画像化できることが求められる。      【０００９】
画像再構成手法は、Filtered Backprojection法に代表される解析的画像再構成手法と、Maximum−Likelihood  Expectation−Maximization（ＭＬ−ＥＭ）法に代表される逐次近似型画像再構成手法に大別される。前者は、計算時間が早いが画質向上に限界がある。後者は、画質向上に有効である一方、反復計算に時間を要することが知られているが、ＯＳＥＭ法（非特許文献６）など、データをサブセットに分割（ブロック化）しブロック単位で画像更新する高速化法が注目されている。Ｘ線ＣＴと同様の発想に基づく先行研究では、サイノグラム（計測したカウントのヒストグラムデータ）をブロック化するため、ブロック数が制限され、高速化の程度はリアルタイム化とはほど遠いレベルであった。また、仮に画像再構成が十分高速化できたとしても、サイノグラムを得るまでに計測したカウントを時間積分しなくてはいけないので、そもそもリアルタイム処理は不可能である。しかしＰＥＴの場合、サイノグラムの源流にあたるリストモードデータ（消滅放射線の１カウントごとのデータ（カウント・データ）のリスト）から直接画像再構成できれば、上記時間積分が不要である上、ブロック数を格段に増やすことができ、再構成計算の大幅な高速化が期待できる（非特許文献７）。この画像再構成手法によって、反復計算することなく１回の計算（One−pass）で再構成画像を得ることが可能であると期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１３３６２８  Ａ１号国際公開公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Noda他  Ｊ Radiat Res A  48(Ｓup)p43  2007.
【非特許文献２】Taiga Yamaya, Taku Inaniwa, Shinichi Minohara, Eiji Yoshida, Naoko Inadama, Fumihiko Nishikido, Kengo Shibuya, Chih Fung Lam and Hideo Murayama, “Aproposal of an open ＰＥＴ geometry,” Phy. Med. Biol., 53, pp.757-773, 2008．
【非特許文献３】山口他  医学物理  29(3)  p174  2009.
【非特許文献４】Enghardt他  NIMA p284  2004.
【非特許文献５】Nishio他  Med  Ｐhys p4190  2006.
【非特許文献６】Hudson and Larkin  IEEE  TMI  p601  1994.
【非特許文献７】Nakayama and Kudo IEEE  NSS-MIC  M05-7  2005
【００１２】
しかしながら、ＰＥＴ装置で予想される計数率（リストモードデータの計測頻度）は、１０3カウント／秒（線量が少ない場合のオートアクティベーション）から１０7カウント／秒（一般的なＰＥＴプローブを使った計測での最大値）と幅が広い。従って、計数率が高い場合、データ転送および画像再構成計算に時間を要してしまい、治療の進行に対しその画像化に遅延が発生してしまうという問題があった。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、放射線を計測してから画像化するまでの処理をほぼ実時間レベルにまで高速化可能とすることを課題とする。
【００１４】
一般的なＰＥＴシステムは、図２に示す本発明によるＰＥＴシステムの図を利用して説明すると、ＰＥＴ装置１００、データ収集装置２００、画像再構成装置３００から構成される。データ収集装置２００および画像再構成装置３００は、別々のワークステーション（ＷＳ）として実装されることが多いが、同一のＷＳ内に実装してもよい。あるいは、データ収集装置２００および画像再構成装置３００の全てまたは一部機能は、専用ボードとして実装してもよい。
【００１５】
ＰＥＴ装置１００は、消滅放射線の一方を検出（シングル計測）する検出器部１１０、検出した放射線の検出位置情報、エネルギー情報および検出時間情報を演算しデジタル化して出力するＡ／Ｄ変換回路部１２０、そして一対の消滅放射線の同時計数判定（コインシデンス計測）を行う同時計数回路部１３０から構成される。
【００１６】
一般的なＦＤＧ−ＰＥＴ検査の場合、装置全体の計数率は、シングル計測で毎秒１０6カウントから１０8カウント程度、コインシデンス計測で毎秒１０5カウントから１０7カウント程度である。全身を検査するためには、２０分ほど計測を継続する。  
【００１７】
コインシデンス計測は、１カウントを３２ｂｉｔから６４ｂｉｔ程度のサイズで記録したカウント・データを羅列したリストモードとして、通常は数十メガバイト程度の単位でデータ送信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１４０から出力される。
【００１８】
データ収集装置２００では、データ受信Ｉ／Ｆ２１０から取り込んだリストモードデータが、高速にデータアクセス可能な半導体メモリであるメモリ２２０を経由して、ハードディスク等の保存装置であるメモリ２４０に保存される。以下メモリ２４０は、オフメモリと呼ぶ。画像再構成を行う際には、オフメモリ２４０からリストモードデータを読み出して、データ送信Ｉ／Ｆ２５０を通じて画像再構成装置３００へ送る。なお、リストモードデータを一旦保存するメモリ２２０は、必要に応じて設ければよい。
【００１９】
図２は、本発明によるＰＥＴシステムの構成を示す。計数率が高い場合に、データ送信および画像再構成処理等に負荷が集中して、画像化もしくは画像表示に遅延が生じるのを防ぐために、データ収集装置２００において、メモリ２２０から読み出したリストモードデータに対して判定処理を行なうＲＯＭ及びＣＰＵを含む判定処理部２３０を追加している。具体的には、判定処理部２３０は、治療進行に対しその画像化に遅延が発生しない程度に計数率が低いときは、すべてのリストモードデータを即時に画像再構成装置３００に直接送信し、オンラインでリアルタイム画像再構成処理を行うが、計数率が一定値より高くなり画像化に遅延が生じる心配が生じると、オンラインでリアルタイム処理できる分のリストモードデータのみを画像再構成装置３００に送る。
【００２０】
さらに、判定処理部２３０は、リストモードデータの全て、もしくは判定処理にて画像再構成装置３００に送信しなかったリストモードデータを、データ収集装置２００のオフメモリ２４０に保存しておくことで、一連の計測が終了した後に、オフライン処理で追加の画像再構成処理ができるようにしておく。ここで、オフメモリ２４０への保存は、必ずしもリアルタイムである必要はなく、遅延があっても構わない。その場合、判定処理２３０とオフメモリ２４０の間にＲＡＭを介し、一時保存する。又、オンライン処理のみでありオフライン処理をしない場合は、リストモードデータの保存自体をしなくてもよい。
【００２１】
画像再構成装置３００では、データ受信Ｉ／Ｆ３１０を通じてリストモードデータをメモリ３２０に一時保存した後、ＲＯＭ及びＣＰＵを含む画像再構成処理部３３０で画像再構成処理を行う。時間フレーム間の定量性を担保するために、ＲＯＭ及びＣＰＵを含むキャリブレーション処理部３４０でキャリブレーション処理を再構成画像に対して適用する。具体的には、データ収集装置２００の判定処理において、オンライン処理として送信されたデータの割合、すなわち単位時間における判定処理部２３０への入力データ量に対する、判定処理部２３０からデータ送信Ｉ／Ｆ２５０への出力データ量の割合に応じて、再構成画像に対して重み付けを行う。なお、キャリブレーション処理は、画像再構成処理部３３０の内部にて行ってもよい。キャリブレーション処理を行った画像は、画像表示装置３６０で表示されると共に、ハードディスク等の保存装置である画像メモリ３５０に保存される。
【００２２】
図３は、本発明によるオンライン処理の概念を例示したものである。一部の機能は省略している。時間フレーム（たとえば、毎秒３０コマの時間間隔で画像化するとした場合、１つの時間フレームは１／３０秒）あたり、Ｎカウントまでオンライン処理が可能であるとする。Ｎの値は判定処理部２３０に格納されており、図３では、Ｎ＝８と仮定している。Ｃｍは時間フレーム内における全カウント計測数、Ｃｅは判定処理（２３０）によって取り出されオンラインで画像再構成装置３００へ送られるカウント数である。時間フレーム１では計７カウントが計測されたが、これは計数率の閾値（８カウント／フレーム）より少ないため、すべてオンラインで画像再構成処理される。時間フレーム２では計１２カウント計測されたため、はじめの８カウントのみをオンライン処理する。
【００２３】
本来、時間フレーム１と時間フレーム２の画像中の総カウント数は、Ｃｍの比、すなわち７：１２であるが、Ｃｅの比でみると、７：８となってしまい、定量性が失われている。そこで、前記重み付けのために、Ｃｍ／Ｃｅで定義される重み係数Ｆを画素値に掛け算するキャリブレーション処理（３４０）を行う。重み係数Ｆは、時間フレーム１では、７／７＝１．０、時間フレーム２では、１２／８＝１．５である。
【００２４】
図４は、オフライン処理の動作を示している。データ収集装置２００のオフメモリ２４０に保存されたリストモードデータを順次画像再構成装置３００に転送し、画像再構成処理を行う。オフライン処理ではリアルタイム性は要求されないため、オフメモリ２４０に保存したすべての計測データを使って画像再構成することができる。すべての計測データを使って画像再構成する場合、キャリブレーション処理（３４０）は不要となる。なお、オフライン処理に時間的制約がある場合は、オフメモリ２４０に保存した一部のデータを使って画像再構成するようにすることもできる。
【００２５】
図５は、オフライン処理（オフラインモード）の基本的な流れを示したものである。データ収集装置２００において、すべてのリストモードデータを保存しておき（ステップ２３０）、オフラインモードでは、時間フレーム毎に、すべでのデータを使って画像再構成処理を行う（ステップ２２８）。オフラインモードでは、リアルタイム性は要求されないため、逐次近似型画像再構成の反復数を増やして、画像の精度を高めることもできる。ここで、図５中のステップ番号は、図６のフローに対応している。
【００２６】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置で検出された放射能のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するに際して、放射線の計数率に基づきオンライン画像化計算に使用するカウント・データ数を選択することにより、リアルタイム処理を行うという上記課題を解決したものである。
【００２７】
ここで、放射線の計数率が低く、全てのデータを使ってのリアルタイム処理が可能な場合は、全てのデータを使ってオンライン画像化計算を行ない、放射線の計数率が高く、全てのデータを使ってのリアルタイム処理が不可能な場合は、リアルタイム処理可能な量のデータを使ってオンライン画像化計算を行うことができる。
【００２８】
又、核医学イメージング装置を断層撮影装置とし、画像化計算を画像再構成計算とすることができる。
【００２９】
又、画像化計算から画像表示までの処理間において、時間フレーム毎に、計測されたデータ量Ｃｍと、そのうちリアルタイム（オンライン）処理に使われたデータの量Ｃｅに応じて、画像となる各画素にＣｍ／Ｃｅの値を掛け算して画像化することができる。
【００３０】
又、リストモードデータのうち、オンライン処理に使わなかったデ―タをオフメモリに保存することができる。
【００３１】
又、リストモードデータのうち、オンライン処理に使わなかったデータをオフメモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて、オフラインで画像化計算を行うことができる。
【００３２】
あるいは、リストモードデータをオフメモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて、オフラインで画像化計算を行うことができる。
【００３３】
あるいは、リストモードデータのうち少なくともオンライン処理に使わなかったデータをオフメモリに保存し、一方リアルタイム画像を画像メモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて、画像メモリに保存したリアルタイム画像を修正することができる。      
【００３４】
あるいは、リストモードデータのうち少なくともオンライン処理に使わなかったデータをオフメモリに保存し、一方リアルタイム画像を画像メモリに保存し、オフメモリに保存したデータを用いて画像化計算された画像を、画像メモリに保存したリアルタイム画像に加算することができる。
【００３５】
本発明は、又、パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化する核医学イメージング装置の画像化システムにおいて、
放射線の計数率に基づきオンライン画像化計算に使用するカウント・データ数を選択する手段を備えることにより、前記課題を解決したものである。
【００３６】
本発明は、又、パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置と、
該核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するための、前記の画像化システムと、
を備えたことを特徴とする核医学イメージングシステムを提供するものである。
【００３７】
又、パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置と、
該核医学イメージング装置で検出された放射線のカウント・データを羅列したリストモードデータから画像化するための、前記の画像化システムと、
該画像化システムで得られた画像に基づいて、治療装置をリアルタイムで制御する装置と、
を備えたことを特徴とする放射線治療制御システムを提供するものである。
【００３８】
ここで、前記画像が、標的に集積する放射性薬剤の体内分布画像であり、前記制御が、該画像に基づいて、体内で動く標的をトラッキングし、標的の動きに同期した、もしくは標的の動きに追従した照射制御であることができる。
【００３９】
あるいは、前記画像が、体内線量分布に相関する画像であり、前記制御が、線量を抑えたテスト的な照射を行い、該画像から計画通りの照射であるかどうかを検証し、計画通りの照射でないと判断された場合は、治療中止するか、治療計画を即時修正する照射制御であることができる。
【００４０】
本発明によれば、視野中の放射能の変動に対して安定して、リアルタイム、またはコンピュータやネットワークのわずかな処理時間に起因する一定の遅延を保ったまま迅速にデータ処理することができる。
【００４１】
従って、ＰＥＴ画像のガイド下での放射線治療のほか、ＰＥＴ診断においても、体内動態が早く、注目領域の放射能濃度の時間変動が大きいような検査においても、有効である。
【００４２】
ＰＥＴ以外にも、パルスモードで放射線計測を行う計測システムに適用できる。
【００４３】
データ処理には、データ転送処理、データ保存処理、画像再構成計算に限らずさまざまなデータ加工処理を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】発明者らが提案した開放型ＰＥＴ装置を示す（ａ）正面図及び（ｂ）側面図
【図２】本発明によるＰＥＴシステム全体の構成を示すブロック図
【図３】本発明による転送／保存判定の動作の一例を示す図
【図４】同じくオフライン処理における動作の一例を示す図
【図５】同じくオフライン処理の流れを示す図
【図６】本発明の第１実施形態の動作を示す流れ図
【図７】オフライン処理の効率を高める第２実施形態を示す図
【図８】同じく第３実施形態を示す図
【図９】本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図
【図１０】本発明を放射線がん治療に適用した実施例を示す図
【図１１】動く標的に追従して放射線照射を行う例の手順を示す流れ図
【図１２】同じく他の例の手順を示す流れ図
【図１３】粒子線がん治療に応用した例を示す流れ図
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。【００４６】
図６は、第１実施形態の動作を示した流れ図である。まず、時間フレーム内のカウント積算値Ｃｍ、および、判定処理部２３０にてオンライン処理として取り出したカウント積算値Ｃｅをリセットする（ステップ２０２）。同時に、画像再構成装置３００において、再構成画像の初期化も行う（ステップ２０４）。【００４７】
ＰＥＴ計測を開始すると、ＰＥＴ装置１００で一対の消滅放射線を同時計数測定して１カウントを得る（ステップ２０６）。ＰＥＴ装置１００からデータ収集装置２００へのデータ転送は、１カウント毎におこなっても良いが、転送処理の効率化を考えると、ＰＥＴ装置１００にてカウントを蓄積し、バッファリングした上で、カウント小集合としてデータ収集装置２００へ転送するのが望ましい（ステップ２０８）。このバッファリングは、予め指定したカウント数または予め指定した蓄積時間のどちらかが先に越えた場合に、バッファリング終了と判断し、蓄積されているカウント小集合を転送する。バッファリングの条件にて指定する蓄積時間は、ＰＥＴ画像の時間フレームよりも短く設定する必要がある。一例として、ＰＥＴ画像の時間フレームを１／１０秒（すなわち１０コマ／秒）とした場合、蓄積時間は１／１００秒などとする。【００４８】
データ収集装置２００では、データを逐次、オフメモリ２４０へ保存する（ステップ２３０）。その途中処理で、転送されてくるカウント数をＣｍに累積し（ステップ２１０）、Ｃｍが規定値Ｎを越えるまでは、リアルタイム処理が可能であると判断（ステップ２１２）し、画像再構成装置３００へデータを転送し、データ収集装置２００または画像再構成装置３００において、画像再構成処理用にオンラインで送られたカウント数Ｃｅを累積する（ステップ２１４）。そして、画像再構成処理を行う（ステップ２１６）。【００４９】
カウント数の規定値Ｎは、予め設定しておいてもよいし、画像再構成処理（ステップ２１６）の出力レートに応じて、実時間、すなわち時間フレームより遅延することなく画像出力されているかを調べることによって、自動的に決定するようにしてもよい。この場合、必要に応じて、規定値Ｎを時々刻々変化させることも可能である。具体的には、画像再構成装置に別のタスクが発生し、途中からスループットが低下する場合に、その低下に対応させ規定値Ｎを小さくするケースなどが挙げられる。Ｃｍが規定値Ｎを越えた場合は、画像再構成装置３００にはデータを送信しない。【００５０】
時間フレームが終了（ステップ２１８）すると、キャリブレーション処理（ステップ２２０）として、Ｃｍ／Ｃｅを再構成画像の各画素値に掛け算する処理を行う。そして、キャリブレーション処理した再構成画像を１フレーム分だけ表示画像更新すると共に、画像メモリ３５０に保存し（ステップ２２２）、これを全計測終了（ステップ２２４）するまで繰り返す。仮に、ＰＥＴの全計測時間が６０分、時間フレームを１／１０秒とすると、上記の処理を、３６，０００回繰り返すことになる。その結果、リアルタイムでの画像表示が達成されることになる。【００５１】
全計測終了後は、そのまま処理を終了してもよいが、オフメモリ２４０に保存していた保存データ（ステップ２３２）を使って、画像メモリ３５０に保存した画像を修正する画像再構成処理（ステップ２２８）を行った後に終了することができる。【００５２】
図７は、オフライン処理（オフラインモード）の計算効率を高める第２実施形態を示す。各時間フレームにおいて、はじめから画像再構成処理をやり直すのではなく、時間フレーム１、２、４に例示する如く、オンラインモードでの再構成画像を元にして、オンライン処理にて使われなかったデータのみを使って、画像再構成処理を行う（ステップ２６０）。この場合、オンラインモードで適用したキャリブレーション処理（ステップ２２２）は、オフラインモードでは定量性を妨げる要因になる。よって、画像再構成処理（ステップ２６０）において、キャリブレーション処理（ステップ２２２）にて適用した重み係数Ｆの逆数を、オンラインモードでの再構成画像の各画素に掛け算するなどして、キャリブレーション処理（ステップ２２２）の効果をキャンセルしておく必要がある。【００５３】
本実施形態においては、計算に使うデータ量（カウント数）が少ないため、画像再構成処理の計算量を削減することができる。【００５４】
データ収集装置２００においては、オンラインモードで使われなかったデータのみを保存しておけばよい。あるいは、すべてのリストモードデータを保存しておき、オフラインモードでは、オンラインモードで使われなかったデータのみを読み出すようにしてもよい。ただし、本実施形態の場合、画像再構成処理は、One−passすなわち反復計算を行わないことを前提としており、2回以上の反復演算を行うことは想定していない。【００５５】
図８は、オフライン処理（オフラインモード）の計算効率を高める第３実施形態を示す。【００５６】
具体的には、時間フレーム１、２、４に例示する如く、オフラインモードでは、オフメモリ２４０に保存したオンライン処理にて使われなかったデータのみから画像再構成処理を行ったのち（ステップ２７０）、画像メモリ３５０に保存したオンラインモードの再構成画像とオフラインモードの再構成画像を単純加算する（ステップ２７２）。第３実施形態でも、第２実施形態と同様に、オンラインモードでの再構成画像に対するキャリブレーション処理（ステップ２２２）の効果をキャンセルする処理を適用する必要がある。なお、オフメモリ２４０へ保存するデータは、オンライン処理にて使われなかったデータのみとしてもよいし、オンライン処理にて使われなかったデータとオンライン処理にて使われたデータを合わせた全てのデータとしてもよい。【００５７】
なお、本発明は、ＰＥＴ装置以外にも、ガンマカメラ、ポジトロンカメラ、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）装置等、パルスモードで放射線計測を行う核医学イメージング装置に広く適用することができる。また、測定対象は、ヒト以外に、動物や植物等でもよい。【００５８】
図９は、断層撮影装置のＰＥＴではなく、２次元の画像化を行うポジトロンカメラに適用した、本発明の第４実施形態の構成を示すブロック図である。ここでは、データ収集装置２００に画像化処理の機能も含めて一体化している。基本的な構成や動作は、これまでの説明と同様であるが、断層撮影でないため、画像再構成処理を画像化処理３３０Ａに置き換えている。【００５９】
なお、メモリとは、コンピュータが処理すべきデジタルデータを一時あるいは恒久保存する手段をいい、半導体メモリ、ハードディスクやＤＶＤ-ＲＯＭ、あるいはそれらと同等の機能を備えるもののことをいう。
【実施例】
【００６０】
本発明が最も必要とされるのは、放射線がん治療をＰＥＴ画像のガイド下で行う場合である。【００６１】
図１０は、放射線（がん）治療装置４００に、開放型ＰＥＴ装置１００を組み合わせ、本発明によるリアルタイム画像再構成システムを実装した例である。図において、８は患者、１０はベッド、１２はベッド１０の架台、２２、２４は検出器リング、１５０はＰＥＴ制御装置、５００は、データ収集装置２００と画像再構成装置３００を含む画像再構成装置、６００は治療計画装置、７００は治療装置制御装置である。【００６２】
がんに集積するＰＥＴプローブの代表格であるフルデオキシグルコース（ＦＤＧ)などをマーカーにして、肺がんなど体内で動く標的をＰＥＴ画像上でリアルタイムに追尾しながら、標的のみに正確に放射線照射を行うことができる。【００６３】
図１１、図１２は、その具体的な手順を示したものである。【００６４】
図１１は、治療計画自体は修正せずに、ＰＥＴ画像（ステップ３０６）から標的が計画位置に来た瞬間（ステップ３０８）のみに、照射を行う（ステップ３１０）方法である。標的が計画位置かどうかの判定（ステップ３０８）は、ＰＥＴ画像を見ながらオペレータが行ってもよいが、治療装置制御装置７００内で自動的に行ってもよい。【００６５】
図１２は、ＰＥＴ画像（ステップ４０６）から標的位置を即時に取得し（ステップ４０８）、治療計画装置６００内で遅延なく照射位置を再計算する（ステップ４１０）ことで、動く標的に追従して、放射線照射を行う方法である。【００６６】
図１３は、粒子線がん治療に応用した例である。重粒子線や陽子線を癌の部位に絞って照射する粒子線がん治療は、優れた治療効果と鋭い患部集中照射特性を併せ持つ方法として、大きな注目を集めている。照射は、別途撮影したＸ線ＣＴ画像に基づいて綿密に計算された治療計画に従って、ビームの方向や線量を精密に制御して行う。しかし現状は、治療計画通りの照射が行われたかどうかを正確に確認することは難しく、もし患者位置ずれなどで照射野がずれてしまったとしても、それを検知することは容易ではない。そこで、ＰＥＴの方法を用いて、粒子線照射野をリアルタイムにモニターする方法が注目されている。これは、ＰＥＴ薬剤を投与するのではなく、ビーム照射による入射核破砕反応や標的核破砕反応から生じる消滅放射線をＰＥＴの原理を用いて画像化する方法である。消滅放射線の発生位置が、照射ビームの線量分布と強い相関性を持つため、治療モニターが可能であると期待される。【００６７】
図１３では、たとえば治療線量の１／１０などに強度を下げるなどして、患部へのテスト照射を行い（ステップ５０２）、患者体内の線量分布を、ＰＥＴ計測（ステップ５０４）および本発明によるオンライン画像再構成処理（ステップ５０６）により画像化し、治療計画、または治療計画からシミュレーション等の手段を用いて計算されるＰＥＴ画像と比較するなどして、計画通りの照射かどうかを、即時的に判断する（ステップ５０８）。計画通りの照射でないと判断された場合、治療自体を中止する（ステップ５１２の判定結果Ｙｅｓ）か、乖離の度合いから治療計画自体を即時的に修正し（ステップ５１４）、再度テスト照射（ステップ５０２）により確認する。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、ガンマカメラ、ポジトロンカメラ、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）装置、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）装置等において、放射線を計測してから画像化するまでの処理をほぼ実時間レベルにまで高速化することができ、産業上の利用可能性は非常に高い。
【符号の説明】
【００６９】
８…患者
１０…ベッド
１００…ＰＥＴ装置
１１０…検出器部
１５０…ＰＥＴ制御装置
２００…データ収集装置
２２０、３２０…メモリ
２３０…判定処理部
２４０…オフメモリ
３００…画像再構成装置
３３０…画像再構成処理部
３４０…キャリブレーション処理部
３５０…画像メモリ
３６０…画像表示部
４００…放射線治療装置
５００…画像再構成装置
６００…治療計画装置
７００…治療装置制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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